GOF23设计模式-创建型模式2-工厂模式：简单工厂、工厂方法、抽象工厂

忘是亡心i 2021-12-01 15:10 265阅读 0赞

### 设计模式GOF23-工厂模式 ###

*  面向对象设计的基本原则
 *  工厂模式
 *   *  核心本质
     *  详细分类
     *  无工厂模式
     *  简单工厂模式
     *  工厂方法模式
     *  简单工厂模式 VS 工厂方法模式
     *  如何选择？
     *  抽象工厂模式
     *  工厂模式要点
     *  应用场景

# 面向对象设计的基本原则 #

1.  OCP（开闭原则，Open-Closed Principle）：一个软件的实体应当对扩展开放，对修改关闭。
2.  DIP（依赖倒转原则，Dependence Inversion Principle）：要针对接口编程，不要针对实现编程。
3.  LoD（迪米特法则，Law of Demeter）：只与你直接的朋友进行通信，而避免和陌生人通信。

# 工厂模式 #

工厂模式，实现了创建者和调用者得分离。

## 核心本质 ##

1.  实例化对象，用工厂方法代替new操作。
2.  将选择实现类、创建对象统一管理和控制。从而将调用者和我们的实现类解耦。

## 详细分类 ##

1.  简单工厂模式  
    用来生产同一等级结构中的任意产品。（对于增加新的产品，需要修改已有代码）
2.  工厂方法模式  
    用来生产同一等级结构中的固定产品。（支持增加任意产品）
3.  抽象工厂模式  
    用来生产不同产品族的全部产品。（对于增加新的产品，无能为力，支持增加新的产品族）

## 无工厂模式 ##

如果不用工厂模式，假设我们现在有一个汽车接口（Car）两个具体实现类（Audi、Byd），一个客户端类调用具体方法运行，那么代码如下：

1.  汽车接口Car.java

/**
     *  User：tumbler
     *  Desc：汽车接口
     */
    public interface Car {
        void run();
    }

1.  奥迪类Audi.java

/**
     * User：tumbler
     * Desc：奥迪类
     */
    public class Audi implements Car {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("我是奥迪...");
        }
    }

1.  比亚迪类Byd.java

/**
     * User：tumbler
     * Desc：比亚迪类
     */
    public class Byd implements Car {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("我是比亚迪...");
        }
    }

1.  无工厂客户端调用类Client01.java

/**
     * User：tumbler
     * Desc：无工厂模式调用
     */
    public class Client01 {
        public static void main(String[] args) {
            Car c1 = new Audi();
            Car c2 = new Byd();
            c1.run();
            c2.run();
        }
    }

1.  UML图  
    从图中可以看出客户端想要创建一个汽车，需要依赖接口和具体的实现类。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2thbmd4aW5nanVu_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 简单工厂模式 ##

创建一个简单工厂的示例类，负责创建汽车，而客户端无需知道是怎么创建的，只需告诉工厂我需要什么。

/**
     * User：tumbler
     * Desc：简单工厂类
     */
    public class CarFactory {
        public static Car createCar(String type) {
            if ("奥迪".equals(type)) {
                return new Audi();
            }else if ("比亚迪".equals(type)) {
                return new Byd();
            }else {
                return null;
            }
        }
    }

客户端调用时，无需知道具体创建，只需知道我需要什么：

/**
     * User：tumbler
     * Desc：简单工厂客户端调用
     */
    public class Client02 {
        public static void main(String[] args) {
            Car c1 = CarFactory.createCar("奥迪");
            Car c2 = CarFactory.createCar("比亚迪");
            c1.run();
            c2.run();
        }
    }

此时的UML如下，客户端只依赖于汽车接口和工厂类：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2thbmd4aW5nanVu_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 工厂方法模式 ##

\*\*要点：\*\*为了避免简单工厂模式的缺点，不完全满足OCP。工厂方法模式和简单工厂模式最大的区别在于：简单工厂模式只有一个（对于一个项目或者一个独立模块而言）工厂类，而工厂方法模式有一组实现了相同接口的工厂类。  
\*\*示例：\*\*依然使用上面的汽车接口Car.java，奥迪实现类Audi.java、比亚迪实现类Byd.java。再创建一个工厂接口CarFactory.java，包含一个创建汽车的方法createCar()：

/**
     * User：tumbler
     * Desc：工厂模式：工厂方法模式-汽车工厂接口
     */
    public interface CarFactory {
        Car createCar();
    }

接下来分别新建奥迪工厂类和比亚迪工厂类，都实现汽车工厂接口：

/**
     * User：tumbler
     * Desc：工厂方法模式：奥迪工厂
     */
    public class AudiFactory implements CarFactory{
        @Override
        public Car createCar() {
            return new Audi();
        }
    }
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：工厂方法模式：比亚迪工厂
     */
    public class BydFactory implements CarFactory{
        @Override
        public Car createCar() {
            return new Byd();
        }
    }

客户端调用：

/**
     * User：tumbler
     * Desc：工厂方法模式-客户端调用
     */
    public class Client01 {
        public static void main(String[] args) {
            // 通过各自的工厂创建各类汽车
            Car c1 = new AudiFactory().createCar();
            Car c2 = new BydFactory().createCar();
            c1.run(); // 我是奥迪...
            c2.run(); // 我是比亚迪...
        }
    }

那么现在我想新增一个奔驰类Benz.java，然而我们不需要修改其他的任何代码，只需要新增Benz.java、奔驰工厂BenzFactory.java实现汽车工厂CarFactory.java，即可，方便了扩展，符合了开闭原则（OCP）。  
工厂方法模式的UML图如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2thbmd4aW5nanVu_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 简单工厂模式 VS 工厂方法模式 ##

*  结构复杂度  
    从这个角度比较，显然简单工厂模式占优势。简单工厂模式只需要一个工厂类，而工厂方法模式的工厂类随着产品类个数的增加而增加，这无疑会是类的个数越来越多，从而增加了结构的复杂程度。
 *  代码复杂度  
    代码复杂度和结构复杂度是矛盾的，既然简单工厂模式在结构方面相对简单，那么它在代码方面肯定是比工厂方法模式复杂的了，简单工厂模式的工厂类随着产品类的增加需要加很多的方法（或代码），而工厂方法模式每个具体工厂类只完成单一任务，代码简洁。
 *  客户端编程难度  
    工厂方法模式虽然在在工厂类的结构中引入了接口满足了OCP，但是在客户端编码中需要对工厂类进行实例化；而简单工厂模式的工厂类是个静态类，在客户端无需实例化，这无疑是个吸引人的优点。
 *  管理上的难度  
    这是个关键的问题。我们先说扩展，众所周知，工厂方法模式完全满足OCP，即它具有良好的扩展性。那是否就说明了 简单工厂模式就没有扩展性呢？答案是否定的，简单工厂模式同样具备良好的扩展性——扩展的时候只需修改少量的代码（修改工厂的代码）就可以满足扩展性的要求了，尽管这没有满足OCP，但我们不需要太拘泥于设计理论。要知道，即使是sun提供的java官方工具包中也有不少没有满足OCP的。  
    然后从理论性的角度分析下，假如某个具体产品类需要进行一定的修改，很可能需要修改对应的工厂类，当同时需要修改多个产品类的时候，工厂方法模式对工厂类的修改会变得相当的麻烦（对号入座已经是个问题了），显然简单工厂没有这些麻烦，当多个产品类需要修改时，简单工厂模式仍然只需要修改唯一的工厂类。

## 如何选择？ ##

根据设计理论建议：工厂方法模式  
实际情况下：**一般都用简单工厂模式**

## 抽象工厂模式 ##

**作用：** 用来生产不同产品族的全部产品。（对于增加新的功能，无能为力，支持增加新的产品族）。抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，在有多个业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象是一个非常好的解决方式。  
在汽车中，发动机、轮胎、座椅属于一个产品族。由高端发动机、高端轮胎、高端座椅构成高端汽车产品；由低端发动机、低端轮胎、低端座椅构成低端汽车产品；

下面我们创建以下类来实现抽象工厂模式：  
发动机接口-Engine.java、高端发动机-LuxuryEngine.java、低端发动机-LowEngine.java  
座椅接口-Seat.java、高端座椅-LuxurySeat.java、低端座椅-LowSeat.java  
轮胎接口-Tyre.java、高端轮胎-LuxuryTyre.java、低端轮胎-LowTyre.java  
汽车工厂接口-CarFactory.java  
高端汽车工厂-LuxuryCarFactory.java  
低端汽车工厂-LowCarFactory.java  
客户端-Client.java

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式-发动机接口
     */
    public interface Engine {
        void run();
        void start();
    }
    
    /**
     * 发动机实现类-高端发动机
     */
    class LuxuryEngine implements Engine {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("高端发动机--跑的快");
        }
    
        @Override
        public void start() {
            System.out.println("高端发动机--启动快");
        }
    }
    
    /**
     * 发动机实现类-低端发动机
     */
    class LowEngine implements Engine {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("低端发动机--跑的慢");
        }
    
        @Override
        public void start() {
            System.out.println("低端发动机--启动慢");
        }
    }

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式-座椅接口
     */
    public interface Seat {
        void massage();
    }
    
    /**
     * 高端座椅实现类
     */
    class LuxurySeat implements Seat {
        @Override
        public void massage() {
            System.out.println("高端座椅--舒服--可自动按摩");
        }
    }
    
    /**
     * 低端座椅实现类
     */
    class LowSeat implements Seat {
        @Override
        public void massage() {
            System.out.println("低端座椅--不舒服--不可自动按摩");
        }
    }

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式--轮胎接口
     */
    public interface Tyre {
        void revolve();
    }
    
    /**
     * 高端轮胎实现类
     */
    class LuxuryTyre implements Tyre {
        @Override
        public void revolve() {
            System.out.println("高端轮胎--旋转耐磨损");
        }
    }
    
    /**
     * 高端轮胎实现类
     */
    class LowTyre implements Tyre {
        @Override
        public void revolve() {
            System.out.println("低端轮胎--旋转易磨损");
        }
    }

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式--汽车工厂接口
     */
    public interface CarFactory {
        Engine createEngine();
        Seat createSeat();
        Tyre createTyre();
    }

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式--高端汽车工厂类
     */
    public class LuxuryCarFactory implements CarFactory {
        @Override
        public Engine createEngine() {
            return new LuxuryEngine();
        }
    
        @Override
        public Seat createSeat() {
            return new LuxurySeat();
        }
    
        @Override
        public Tyre createTyre() {
            return new LuxuryTyre();
        }
    }

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式--低端汽车工厂类
     */
    public class LowCarFactory implements CarFactory {
        @Override
        public Engine createEngine() {
            return new LowEngine();
        }
    
        @Override
        public Seat createSeat() {
            return new LowSeat();
        }
    
        @Override
        public Tyre createTyre() {
            return new LowTyre();
        }
    }

客户端：

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;
    
    /**
     * User：tumbler
     * Desc：抽象工厂模式--客户端
     */
    public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            CarFactory factory = new LuxuryCarFactory();
            Engine e = factory.createEngine();
            e.run();   // 高端发动机--跑的快
            e.start(); // 高端发动机--启动快
        }
    }

抽象工厂模式各类关系UML图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2thbmd4aW5nanVu_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 工厂模式要点 ##

*  简单工厂模式（静态工厂模式）：虽然某种程度不符合设计原则，但实际使用最多。
 *  工厂方法模式：不修改已有类的前提下，通过增加新的扩展类实现扩展。
 *  抽象工厂模式：不可以增加产品，可以增加产品族。

## 应用场景 ##

*  JDK中的Calendar的getInstance()方法
 *  JDBC中的Connection对象的获取
 *  Hibernate中SessionFactory创建Session
 *  Spring中的IOC容器创建管理bean对象
 *  XML解析时的DocumentBuilderFactory创建解析器对象
 *  反射中Class对象的newInstance()方法

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